基于LS-DYNA公路桥梁车桥耦合振动响应研究

论文摘要

随着交通运输事业的迅速发展,对现有交通基础设施的建设要求越来越高,同时还要求能够对结构的使用状况进行正确评估及在运营过程中对结构进行有效的维护。特别是对于公路桥梁结构,要承受大量的动载作用,结构的耐久性和使用状况会受到很大的影响。但是,目前对桥梁在动载作用下动力特征的研究大多是将车辆简化为多个单点集中力荷载进行数值分析,与实际的车桥相互作用情况有较大区别。因此,有必要来建立更加切合实际的车辆和桥梁模型来研究桥梁在动载作用下的动力特征,以便更准确的确定桥梁的最大承载能力,保证结构的安全性能,还可以更进一步减少桥梁的维护费用,带来较好的经济价值。本文以东风EQ3166汽车作为模拟用车,运用LS-DYNA程序建立了该车辆的三维精细有限元模型并验证了车辆模型的有效性,重点对车辆的悬架系统和车轮进行了模拟,其中LS-DYNA程序提供的多点约束和三维接触算法可以为车-桥相互作用研究提供更加方便的研究方法。并且运用LS-DYNA程序研究车桥耦合振动的突出优势就是可以对车轮的转动及轮胎内气体压力进行真实而详细的模拟。采用部颁30mT型截面简支梁桥为实体桥梁,建立该桥梁的三维有限元模型,并分析了该简支梁桥的模态及静载作用下的挠度和应变特征。运用LS-DYNA程序研究简支梁桥在移动车辆荷载作用下的动力响应,求解不同车辆荷载作用位置即三种荷载工况下简支梁桥的动力特征。为了研究不同参数对简支梁桥动力响应的影响,本文通过改变车辆自振频率、加大桥梁结构阻尼及运用LS-DYNA程序建立桥面的不平顺模型来分析这些因素对简支梁桥动力响应的影响,进一步总结并分析了简支梁桥冲击系数的影响因素。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题背景及研究意义
• 1.3 车桥耦合振动研究历史
• 1.4 车桥耦合振动研究进展
• 1.4.1 理论研究
• 1.4.2 实验研究
• 1.5 车桥耦合振动的求解方法
• 1.6 本文主要工作
• 第二章 运用LS-DYNA建立车辆的精细有限元模型
• 2.1 引言
• 2.2 车辆概况
• 2.3 车辆模型的建立
• 2.3.1 车轮的模拟
• 2.3.2 悬架的模拟
• 2.3.3 车轮转动的模拟
• 2.4 车辆模型的验证
• 2.4.1 车辆模型的轴载
• 2.4.2 车辆模型的自振频率
• 2.5 本章小结
• 第三章 桥梁有限元模型的建立及静力分析
• 3.1 引言
• 3.2 桥梁概况
• 3.3 桥梁三维有限元模型的建立
• 3.4 桥梁模型材料特性
• 3.5 桥梁模态分析
• 3.6 桥梁静载分析
• 3.6.1 工况一荷载作用
• 3.6.2 工况二荷载作用
• 3.6.3 工况三荷载作用
• 3.7 本章小结
• 第四章 T型截面简支梁桥的动力响应分析
• 4.1 引言
• 4.2 车-桥耦合模型
• 4.3 T型截面简支梁桥动态响应分析
• 4.3.1 工况一车辆荷载作用下桥梁的动力分析
• 4.3.2 工况二车辆荷载作用下桥梁的动力分析
• 4.3.3 工况三车辆荷载作用下桥梁的动力分析
• 4.4 参数分析
• 4.4.1 车辆自振频率
• 4.4.2 桥面不平顺
• 4.4.3 桥梁结构阻尼
• 4.5 本章小结
• 第五章 T型截面简支梁桥冲击系数分析
• 5.1 引言
• 5.2 冲击系数的影响因素
• 5.3 冲击系数的规定及评述
• 5.4 T型截面简支梁桥冲击系数分析
• 5.4.1 车辆荷载工况对冲击系数的影响
• 5.4.2 车辆行驶速度对冲击系数的影响
• 5.4.3 较差桥面状况对冲击系数的影响
• 5.4.4 车辆自振频率对冲击系数的影响
• 5.4.5 桥梁结构阻尼对冲击系数的影响
• 5.4.6 依据桥梁的应变计算简支梁桥的冲击系数
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 主要工作回顾
• 6.2 本文的主要结论
• 6.3 研究展望
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文
• 致谢